毕业设计（论文）-基于小波分析的齿轮箱故障诊断

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1、第1章绪论第1章绪论1.1课齿轮箱故障诊断的背景和意义随着世界科学技术的飞速发展，机械设备向着大型化、高速化、高强度、自动化和高性能的方向发展，但同时也潜伏着一个危机，即一旦发生故障所造成的损害将十分严重，随着机械设备的广泛应用，齿轮和齿轮箱的故障和失效给整个生产和社会造成的损失也越来越大，如飞行中的飞机和航行中的舰船上的齿轮箱故障往往导致人身伤亡事故；而在气轮机组、化工行业的压缩机组、钢铁工业的辊轧机组、建筑等行业中的一些设备中所使用的齿轮箱都处于连续工作状态，意外的齿轮和齿轮箱故障造成的停机停产损失十分惊人。因此研究和探索齿轮及齿轮箱的故障机理，模式及诊断方法就显得

2、十分重要和迫切，关系到机械设备的正常运行，可以避免由于突然失效而造成人身与经济损失。它对保证机械设备的安全可靠运行以及获取巨大的经济效益、社会效益方面具有十分重大的意义[1]。在当今社会中，自动控制系统应用在社会中不断普及与控制要求不断的提高，系统的结构也越来越复杂，系统规模也逐日增大。同时，由于系统受所处工作环境和工作性质的影响，系统会呈现明显的不确定性、时变性和非线性。典型的这类系统有航天器、核电站、大型电网、机器人和化工过程。在这些复杂工程系统中，导致故障的各种因素相互交杂，时刻影响着系统的安全运行。故障诊断技术的出现和发展，为提高系统的可靠性与安全性提供了一条新

3、的途径。1.2齿轮箱故障诊断发展1.2.1故障诊断在国内外的发展概述机械故障诊断学是20世纪六七十年代逐渐发展起来的一门综合性、交叉性的新学科近几十年来，该领域不断吸取现代科技发展的成果，从理论研究到实际应用都有了迅速的发展，至今已发展成为集数学、力学、振动分析。齿轮故障诊断最早出现于20世纪70年代后期，是当前国内外最热门的研究课题之一，且难度较大。在齿轮故障诊断方面，国内外学者都作了大量的研44第1章绪论究。日本的白木万博自20世纪60,70年代以来，发表了许多文章，总结了丰富的现场故障处理经验并进行了理论分析。英国学者H.Optiz在1968年就齿轮振动与噪声的机

4、理发表了一些著名的研究曲线，阐述了齿轮箱的振动和噪声是传动功率和齿轮传动误差及齿轮精度的函数美国的Buckingham和德国的Niemann也对齿轮箱的振动和噪声提出了自己的见解和看法。从20世纪70年代初开始出现了一些简单的齿轮箱故障诊断，仅仅限于直接分析测量一些简单的振动参数，用一些简易的方法诊断，但对齿轮箱故障的灵敏度反应不高，故障准确率很低，其中B.Randall和JamesI.Taylor等人做了很多有益的研究，积累了一些故障诊断成功的实例，对齿轮磨损和齿断裂等故障诊断较为成功[2]。我国自80年代中期起开始设备故障诊断技术的研究。从整体上看，尚属于跟随性发展

5、研究，但在一些领域也取得了丰硕的成果，并已形成高校、研究所及工厂的梯队式研究、开发和应用层次。国内高校每年都有许多以故障诊断为内容的论文发表。从故障诊断技术的发展趋势看，由简单的状态监测向故障诊断的预测方向发展[3]。随着现代化的管理向系统工程的发展，在诊断技术上同时出现提高和普及两种势头，表现为由单参数测量到多参数测量，由不同步到同步，由静态到动态，由平均值、极值到过渡过程和平稳过程的瞬时值，由离线到在线，由事后分析到预测，由人工诊断到自动诊断等。其中齿轮是机械设备中常用的部件，齿轮传动也是机械传动中最常见的方式之一。1.2.2齿轮箱故障诊断技术的研究内容齿轮箱故障诊

6、断技术是随着现代系统工程、信息论、控制论、电子技术、计算机技术、通信技术等发展而发展起来的。由文献[1～6]可知它是多种学科和技术交叉、渗透而形成的一门新兴综合性学科，它大致由几部分组成：首先，要确定信息来源。目前通常齿轮的状态是用振动、声音、声发射、红外线等载体携带的信息来表达的。其次，诊断方式选择。齿轮故障的诊断方法从难易程度来说可以分为简易诊断方法和精密诊断方法。再次，选择信号处理方法。目前齿轮的信号处理主要包括时域分析、频域分析、44第1章绪论时频域分析等。故障诊断一般分为两个阶段四个步骤实施。两个阶段为状态监测和故障诊断。故障诊断的四个步骤为：检测信号、提取特

7、征、状态识别和诊断决策。其具体内容为：(1)信号检测：按不同的诊断目的选择最能表征工作状态的信号。这种工作状态信号称为初始模式。(2)特征提取：将初始模式向量进行信号处理，维数压缩，形式变换，去掉冗余信息，提取故障特征，形成待检模式。(3)状态识别：将待检模式与样式模式(故障档案)对比和状态分类。这一步是整个诊断过程的核心。为此，要建立判别函数，规定函数准则并力争使误差最小。(4)诊断决策：根据判别结果采取相应对策，对机械设备及其工作进行必要的预测和干预，减少故障所造成的损失[3]。目前，齿轮箱故障诊断研究主要集中在典型故障特征的提取研究